(57)【要約】【課題】  半凝固金属スラリーの射出成形において、溶湯の固相率を一定にするために実施する撹拌時間のばらつきを抑えることができる技術を提供することを課題とする。【解決手段】  ＳＴ１９：ルツボをクリーニングする。ＳＴ２０：クリーニングが完了するまで何度でも行う。ＳＴ２１：ルツボにコーティングを施す。ＳＴ２２：ルツボの温度Ｔ１を読み込む。ＳＴ２３：溶湯保持炉の温度Ｔ２を読み込む。ＳＴ２４：ルツボの温度Ｔ１、溶湯保持炉の温度Ｔ２及び相関図から冷却時間ｔを決定する。ＳＴ２５：ルツボの冷却を開始する。ＳＴ２１：時間がｔに到達したら冷却は完了する。【効果】  撹拌時間のばらつきを抑えることができ、半凝固金属スラリーの射出成形における生産性を大いに高めることができる。できる。【選択図】      図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出成形機構へ半凝固金属スラリーを注湯して空になった溶湯容器を、次の注湯に備えて所定時間冷却し、この冷却した溶湯容器へ溶湯保持炉から半凝固金属スラリーを供給することを繰り返す半凝固金属スラリーの射出成形方法において、
空の溶湯容器を次の注湯に備えて冷却するときの前記所定時間は、溶湯保持炉の温度と空の溶湯容器の温度とに基づいて決定することを特徴とする半凝固金属スラリーの射出成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半凝固金属スラリーの射出成形技術の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半凝固金属スラリーの射出成形技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００２−３３６９４６公報（図１２）
【０００３】
特許文献１を次図に基づいて説明する。
図１４は従来の技術の基本フロー図である。
Ｓ１（ステップ１）：溶湯保持炉からラドルに１回分の溶湯の給湯を受ける。
Ｓ２（ステップ２）：ラドルを撹拌ステーションに搬送し、そこで第１容器へ移す。
Ｓ３（ステップ３）：撹拌ステーションで第１容器中の溶湯を撹拌して、固液共存状態として所望の固相率にする。このとき温度は均一になっている。
【０００４】
Ｓ４（ステップ４）：第１容器を射出成形機構へ搬送する。
Ｓ５（ステップ５）：一方、射出成形機構では金型の型締めを並行して実施する。
Ｓ６（ステップ６）：射出スリーブへ第１容器から注湯する。
【０００５】
Ｓ７（ステップ７）：金型へ射出を行う。
Ｓ８（ステップ８）：空になった第１容器にエアブローを行う。
Ｓ９（ステップ９）：第１容器内をブラッシング処理して綺麗にする。
【０００６】
Ｓ１０（ステップ１０）：第１容器内にコーティングを施す。
Ｓ１１（ステップ１１）：成形品の製造数が所定数に達していれば、製造を終了する。達していなければ、Ｓ１に戻って生産を継続する。
【０００７】
ところで、半凝固金属スラリーは、固相と液相の混合体であるため固相率（＝固相／（液相＋固相）％）の管理が重要となる。固相率が異なると得られる成形品の品質が変化するからである。
【０００８】
近年、固相率の管理の一手法として、粘度で管理する方法が開発された。すなわち、固相率が大きくなるほど粘性が高まるという固相率−粘度相関則に基づく。そして、前図のＳ３（ステップ３）で、第１容器内の溶湯を冷し金で撹拌するが、この撹拌に伴う奪熱作用により冷却が進行し、溶湯の粘性が高まり、固相率が高まる。
したがって、目標固相率から目標粘度を定め、この目標粘度に到達するまで撹拌を行うという、撹拌による固相率管理法が採用されつつある。
【０００９】
しかし、上記の従来技術で、一定の粘度になるようにして複数個の成形品を得るべく製造を実施したところ、必要な撹拌時間は、大きくばらついた。
撹拌時間が極端に長いと、射出成形機構を待たさなければならないので、生産性が低下する。また、撹拌時間が極端に短いと射出成形機構が間に合わなくなるため、循環させる容器の数を制限する必要があり、生産性が低下する。
【００１０】
すなわち、複数個の容器を適正に循環させ、且つ射出成形機構を良好に作動させるためには、撹拌時間のばらつきを少なくする必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、半凝固金属スラリーの射出成形において、溶湯の固相率を一定にするために実施する撹拌時間のばらつきを抑えることができる技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、撹拌時間のばらつきの要因を調査する中で、図１４のＳ９（ステップ９）でのブラッシング処理に時間差が発生し、そのために大気中へ放出される熱量が時間経過と共に増大し、容器の温度が不安定になることに注目した。すなわち、空の容器に付着している残滓の形態は様々であり、一回で簡単にクリーニングできるものと、複数回のクリーニングを要するものとが出現する。
そこで、クリーニングやコーティングを実施した後に、冷却を行い、冷却後の温度を一定にすることで溶湯容器の温度を一定にすることが有益であると考えるに至った。
【００１３】
さらに発明者らは、図１４のＳ１（ステップ１）で、溶湯保持炉から供給される溶湯の温度が変化することにも注目した。
アルミ溶解炉から供給される溶湯の温度にばらつきがあり、この温度のばらつきが溶湯保持炉に影響し、溶湯保持炉から供給される溶湯の温度もばらつく。
溶湯容器の温度が一定であって溶湯の温度にばらつきがあれば、撹拌時間のばらつきとなって現れる。
【００１４】
溶湯保持炉から供給する溶湯の温度を一定にするには、溶湯保持炉に高性能の温度制御機構を設けることが考えられるが、技術的及びコスト的に実現は難しい。
すなわち、溶湯保持炉から供給される溶湯の変動を吸収することができる技術が求められる。
【００１５】
そこで、本発明者らは溶湯保持炉の温度が高ければ、溶湯容器の冷却時間を延長し、同温度が低ければ、溶湯容器の冷却時間を短縮するごとくに、溶湯保持炉の温度の影響を溶湯容器の温度に転嫁することを思いついた。
そして、空の溶湯容器の温度と溶湯保持炉の温度との両方を考慮して、溶湯温度の冷却時間を決定するようにしたところ、撹拌時間のばらつき幅を大幅に減少させることに成功した。以上の知見から発明をまとめると次のとおりになる。
【００１６】
請求項１に係る発明は、射出成形機構へ半凝固金属スラリーを注湯して空になった溶湯容器を、次の注湯に備えて所定時間冷却し、この冷却した溶湯容器へ溶湯保持炉から半凝固金属スラリーを供給することを繰り返す半凝固金属スラリーの射出成形方法において、空の溶湯容器を次の注湯に備えて冷却するときの所定時間は、溶湯保持炉の温度と空の溶湯容器の温度とに基づいて決定することを特徴とする。
【００１７】
溶湯保持炉の温度が高い場合には所要時間を延ばし、同温度が低い場合には所要時間を短縮する。併せて、空の容器の温度が高い場合には所要時間を延ばし、同温度が低い場合には所要時間を短縮する。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に係る発明では、空の溶湯容器を、溶湯保持炉の温度と空の溶湯容器の温度とに基づいて決定した所要時間で冷却するようにしたので、撹拌時間のばらつきを抑えることができ、半凝固金属スラリーの射出成形における生産性を大いに高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明の係る半凝固金属スラリーの射出成形設備のレイアウト図であり、半凝固金属スラリーの射出成形設備１０は、金属を融点以上の温度に保つ溶湯保持炉１１と、この溶湯保持炉１１から１回分の溶湯を供給されるラドル１２と、このラドル１２を中央台１３まで運搬する第１ロボット１４と、中央台１３に載せた溶湯容器１５と、この溶湯容器１５内の溶湯を撹拌する撹拌手段３０（詳細は後述する。）と、この撹拌手段３０に付着した溶湯などを除去して復元する撹拌子復元台１７と、この撹拌子復元台１７と中央台１３との間に撹拌手段３０を往復させる第２ロボット１８と、射出スリーブ１９を備えた射出成形機構２０と、溶湯容器１５を射出スリーブ１９まで運搬する第３ロボット２１と、空になった溶湯容器１５を清掃し、コーティングする整備台２２と、清掃しコーティングした溶湯容器１５を冷却するエアブローノズル２３を備えた冷却台２４と、運転開始時に溶湯容器１５を加熱する加熱台２５とからなる。
【００２０】
溶湯容器１５は、耐熱鋼鋳鋼品が望ましい。例えばＳＣＨ１２は、８〜１２％のＮｉと１８〜２３％のＣｒを含むステンレス鋳鋼であって耐熱性に富む。詳細なデータは省略するが通常の炭素鋼（ＳＳ４００−ＪＩＳ）製容器に対して６倍程度の寿命（ショット）が得られた。
【００２１】
また、炭素鋼の熱伝導率は６０．７Ｗ／ｍ・Ｋであるのに対して、ＳＣＨ１２の熱伝導率は１４．７Ｗ／ｍ・Ｋである。
容器の熱伝導率が大きいと、溶湯の中心に対して溶湯の端（容器に接している部位）がかなり低温になり、溶湯に温度差が発生する。
この点、ＳＣＨ１２製容器であれば、熱伝導率が小さく溶湯の中心と端との温度差が小さい。すなわち、溶湯の温度が容易に均一になり、温度管理が簡単になるという利点を有する。
【００２２】
以上の構成からなる射出成形設備１０の作用を説明する。
図２はラドルの作用図であり、ラドル１２で溶湯保持炉１１から溶湯を汲み出し、中央台１３に載せた溶湯容器１５へ注湯する。溶湯保持炉１１の温度Ｔ２は、温度センサ２６で計測する。
【００２３】
図３は撹拌手段の作用図であり、撹拌子復元台１７に待機させた撹拌手段３０を、中央台１３へ移し、そこで溶湯容器１５内の溶湯を撹拌し、終わったら撹拌子復元台１７へ戻す。
【００２４】
図４は撹拌手段の原理図であり、撹拌手段３０は、冷し金式撹拌子３１、３２と、片持ち梁状の計測子３３と、この計測子３３を水平方向に移動させる計測子移動手段３４と、この計測子３３が受ける力を計測するロードセル３５と、このロードセル３５を固定する固定部品３６と、ロードセル３５からの物理量を粘度変換するための力換算手段３７、粘度換算手段３８を備えた力ー粘度換算手段３９とからなることを特徴とする構成体である。
【００２５】
溶湯容器１５に満たされた半凝固金属スラリー４０中において、撹拌手段３０は、冷し金式撹拌子３１、３２が移動することと、計測子３３が計測子移動手段３４により水平方向に移動することにより、冷し金式撹拌子３１、３２や、計測子３３が半凝固金属スラリー４０から受ける力をロードセル３５で例えば歪電圧Ｖ１として認知し、その後、力ー粘度換算手段３９により粘度Ｂを求める装置である。
【００２６】
図５は図４の５−５矢視図であり、冷し金式撹拌子３１、３２はその間に計測子３３を備え、溶湯容器１５に満たした半凝固金属スラリー４０中を、矢印のごとく矩形に動いて半凝固金属スラリー４０を撹拌し、奪熱、冷却する。
【００２７】
図６は固相率と粘度との相関を表すグラフであり、横軸は固相率で縦軸は粘度を表し、そこへ右上がりの曲線Ｒを描くことができる。この曲線Ｒを合金の種類毎に作成しておけば、次の要領で目標粘度Ａを求めることができる。
【００２８】
例えば横軸に示したアルミニウム合金ダイカスト原料であるアルミニウム合金溶湯の目標固相率を決め、その目標固相率から垂直上向きに延ばした線（１）とグラフ上の交点を求め、その交点から粘度軸に垂直に交わる線（２）を延ばして粘度軸と交わった点を目標粘度Ａとして決める。
【００２９】
金属成分別に半凝固金属スラリーの固相率と粘度との相関を表す相関グラフを準備することは、予め目標固相率に対応する目標粘度を決定でき、その後の工程を円滑に進めることができる。
【００３０】
図７は歪電圧と粘度との相関を表すグラフであり、図４、５で説明した手段を用いて、既知の粘度の流体に対する歪電圧を計測し、この計測値（×印）をプロットして曲線Ｓを求めた。この曲線Ｓがあれば、次の要領で計測値（歪電圧）からそのときの粘度Ｂを求めることができる。
【００３１】
ロードセルにより測定した歪電圧を横軸にとり、測定した歪電圧から垂直上向きに延ばした線（３）とグラフ上の交点を求め、その交点から粘度軸に垂直に交わる線（４）を延ばして粘度軸と交わった点を粘度Ｂとして決める。
【００３２】
予め、図６，図７に相当するデータベースを構築しておく。そして、目標固相率から目標粘度を求め、この目標粘度から歪電圧を求める。そして、この歪電圧になるまで、溶湯容器内の溶湯を撹拌する。これで、目標固相率の溶湯を提供することができる。
【００３３】
図８は溶湯容器の作用図であり、目標固相率を調整した溶湯容器１５を射出スリーブ１９まで移動し、射出スリーブ１９へ注湯する。
図９は空の注湯容器の作用図であり、空になった溶湯容器１５は整備台２２に移し、そこで残滓を除去し、次にコーティングを施す。その段階で溶湯容器１５の温度Ｔ１を温度センサ２７で計測する。
溶湯容器１５を冷却台２４へ移し、そこで、エアブローノズル２３からエアを噴出させて所定時間エア冷却を行う。冷却が完了したら溶湯容器１５は中央台１３へ戻す。
【００３４】
次に、溶湯容器の温度と溶湯保持炉の温度とエアブロー時間との関係を示す相関図を作成する。作成した相関図の例を次図に示す。
【００３５】
図１０は本発明に係る溶湯容器の温度−溶湯保持炉の温度−エアブロー時間の相関グラフである。
この相関グラフの使い方を説明すると、製造途中で計測した溶湯容器の温度がＲｔ２、溶湯保持炉の温度がＦｔ２であれば、設定すべきエアブロー時間はＴａｂ２となる。
【００３６】
Ｔａｂ２時間だけエアブローし、中央台に溶湯容器を戻し、この溶湯容器に溶湯を供給し、撹拌手段で撹拌すれば、一定の粘度になるまでの撹拌時間はほぼ一定時間になる。
【００３７】
以上の相関グラフを用いた製造フローを次に説明する。
図１１は射出までの製造フロー図であり、ＳＴ××はステップ番号を示す。
なお、溶湯容器は「ルツボ」の名称で説明する。
【００３８】
ＳＴ１１：初回はルツボは室温であるため、所定の初期温度まで加熱する必要がある。ルツボが初回であるか否かを調べるために、ルツボ温度が１００℃以下であるか否かを調べる。１００℃を超えていれば加熱は必要がないと見なしてＳＴ１３へ進む。
ＳＴ１２：ＳＴ１１で１００℃以下であるときには、ルツボを初期温度まで加熱する。
ＳＴ１３：ルツボを中央台に載せる。
【００３９】
ＳＴ１４：ラドルで溶湯保持炉から溶湯を汲み出す。
ＳＴ１５：溶湯をルツボへ供給する。
ＳＴ１６：直ちに溶湯の固相率の調製を行う。
ＳＴ１７：調製済みの溶湯を射出スリーブへ注湯する。
ＳＴ１８：射出を行い、成形品を得る。
【００４０】
図１２はルツボ冷却まで製造フロー図である。
ＳＴ１９：ルツボをクリーニングする。
ＳＴ２０：クリーニングが完了するまで何度でも行う。
ＳＴ２１：ルツボにコーティングを施す。
【００４１】
ＳＴ２２：ルツボの温度Ｔ１（図１０のＲｔ２相当）を読み込む。
ＳＴ２３：溶湯保持炉の温度Ｔ２（図１０のＦｔ２相当）を読み込む。
ＳＴ２４：ルツボの温度Ｔ１、溶湯保持炉の温度Ｔ２及び相関図（図１０参照）から冷却時間ｔ（図１０のＴａｂ２相当）を決定する。
ＳＴ２５：ルツボの冷却を開始する。
ＳＴ２１：時間がｔに到達したら冷却は完了する。
【００４２】
図１３は本発明の効果を説明するためのグラフであり、横軸は撹拌時間、縦軸は頻度を示す。
詳細な説明は省略するが、従来の技術では、撹拌時間のばらつきは、Ｄであった。これに対して、本発明によれば、撹拌時間のばらついは、０．４×Ｄ、すなわち、従来の４０％に収まった。
したがって、本発明によれば撹拌時間のばらつきを大いに改善できたと言える。
【００４３】
尚、実施例で説明した相関グラフ（溶湯容器の温度−溶湯保持炉の温度−エアブロー時間の相関グラフ）は、数式した相関式、テーブル化した相関相関図であってもよく、形式は自由であるため、相関図と呼ぶ。
また、相関図の作り方は実施例に限るものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、半凝固金属スラリーの射出成形技術に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の係る半凝固金属スラリーの射出成形設備のレイアウト図である。
【図２】ラドルの作用図である。
【図３】撹拌手段の作用図である。
【図４】撹拌手段の原理図である。
【図５】図４の５−５矢視図である。
【図６】固相率と粘度との相関を表すグラフである。
【図７】歪電圧と粘度との相関を表すグラフである。
【図８】溶湯容器の作用図である。
【図９】空の注湯容器の作用図である。
【図１０】本発明に係る溶湯容器の温度−溶湯保持炉の温度−エアブロー時間の相関グラフである。
【図１１】射出までの製造フロー図である。
【図１２】ルツボ冷却まで製造フロー図である。
【図１３】本発明の効果を説明するためのグラフである。
【図１４】従来の技術の基本フロー図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０…半凝固金属スラリーの射出成形設備、１１…溶湯保持炉、１５…溶湯容器（ルツボ）、２０…射出成形機構、２３…エアブローノズル、２４…冷却台、２６、２７…温度センサ、４０…半凝固金属スラリー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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